可食性膜复合生物保鲜剂在果蔬保鲜中应用研究进展

汤友军，鲁晓翔

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

水果和蔬菜富含碳水化合物、纤维素、蛋白质、必需矿物质等营养物质，在饮食和食品工业加工领域的供需量极大[1]。果蔬被认为是生命体，采摘后仍会进行呼吸作用，并在细胞水平上进行各种代谢过程[2]，且果蔬含水量高、组织细嫩，虽然含有一种天然的、通常不致病的微生物群，但它们可能受到来自许多不同来源的人类食源性病原体的污染，导致果蔬腐败变质。因此，研发高质量的果蔬保鲜技术越来越受到重视。

近年来，可食性涂膜保鲜因具有诸多优良性能已成为果蔬等食品保鲜领域的一种新型绿色保鲜技术，比之于传统的物理、化学保鲜措施，利用可再生和生物可降解的多糖类、蛋白质和脂类等制成的包装材料来代替人工合成的包装材料越来越受到人们的关注[3]，可食用薄膜和涂层被认为是“环保”的绿色保鲜方法[4]。然而，使用单一可食性膜对果蔬等食品进行涂膜保鲜，其抑菌性、抗氧化能力和膜的理化性能较差。在可食性膜中添加抗菌剂、抗氧化剂以及精油等植物提取物以提高可食性膜的生物活性及理化功能特性具有重要的研究前景。

1 可食性膜概述

1.1 可食性膜的定义

可食性膜，也称为可食用膜，是以天然可食性生物大分子为原料，添加可食性增塑剂、交联剂，采用吹塑、自然干燥等制膜工艺制得的具有一定力学性能的保护性阻隔薄膜[5-6]。

1.2 可食性膜的性能

可食性膜主要通过涂布、喷洒、包裹等方式覆盖在果蔬等食品的表面，在不改变食品原有成分的情况下，对食品中的水分、氧气和溶质运动起着阻滞剂的作用，进而减少食品水分流失，降低呼吸速率和氧化反应速率。并能有效抑制微生物的生长繁殖，提高食品材料的感官属性、新鲜度等，延长食品的贮运货架期[7]。

1.3 可食性膜材料的分类及特点

利用食品级化合物生产的食用薄膜可作为食品的主要包装材料，食用多糖、蛋白质和脂类是目前生产可食用薄膜的主要原料[8]。

1.3.1 多糖类可食性膜

多糖类是一种天然聚合物，其用于制备可食性膜的成膜基材，包括壳聚糖、淀粉、纤维素及其衍生物、魔芋葡甘露聚糖、海藻酸钠等[9]。多糖类可食性膜具有抗菌性、稳定性和阻隔性能等，能够提高对食品的保护性能，延长食品的货架期。

壳聚糖是一种由氨基葡萄糖通过糖苷键连接而成，来源于甲壳素的天然聚阳离子多糖[10]，是甲壳素中含量第二高的生物聚合物。壳聚糖具有可食、无毒、生物相容性、可生物降解性、抗菌活性和良好的成膜能力而被广泛研究作为包装材料之一[11-12]，特别是作为水果和蔬菜的食用薄膜和涂料，以延长食品的货架期。但壳聚糖的防潮性能差，抗氧化性以及抗拉伸强度较弱，且抑菌谱较窄[13]。

淀粉来源于小麦、大米、马铃薯、玉米等，具有良好的降解性和生物相容性，其主要成分直链淀粉具有良好的成膜性。

羧甲基纤维素是一种水溶性纤维素衍生物，无任何毒性，具有较高的阻滞气体渗透和黏滞性，具有良好的成膜能力和可接受的柔性[14]。

魔芋葡甘聚糖由D-甘露糖和D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键连接而成的可再生天然高分子杂多糖，具有优良的成膜性、凝胶性、持水性和流变性等[15]。海藻酸钠是从褐藻中提取的一种线性多糖[16]，具有良好的成膜性能和与其它多糖的相溶性，被用作良好的天然食用薄膜材料[17]。大豆多糖是葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等为主要成分的酸性多糖，具有优良的抑菌性、成膜性、稳定的黏性[18]。

1.3.2 蛋白质可食性膜

蛋白类可食性膜主要以大豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、玉米蛋白等为基材[19]。蛋白质类可食性膜被认为是高效的氧阻滞剂，透性小，保鲜效果较佳。

大豆分离蛋白作为一种蛋白质类天然食品保鲜材料，由低温脱脂大豆粕为原料生产而得，具有良好的成膜性、生物可降解性和可食性等[20]。玉米是玉米醇溶蛋白的主要来源，玉米醇溶蛋白具有疏水性，高含量的非极性氨基酸物质是其具有疏水性的原因之一[21]，对水蒸气和挥发性成分具有很好的阻隔作用。乳清蛋白本质上是亲水的，所以形成的薄膜对水分有一定的限制，采用铺展法可以形成弹性、透明的膜[22]。

以蛋白质为基材的可食用膜比之于其它食用材料的优点有，蛋白质由近20种氨基酸组成，具有多样性；蛋白质通常具有良好的成膜能力，而蛋白基膜一般是良好的气体屏障，具有良好的力学性能，也可视为营养物质[23]。

1.3.3 脂质类可食性膜

脂质类可食性膜形成材料主要有蜡类、植物油、酰基甘油或脂肪酸基等[24]。脂质类化合物具有疏水性，如巴西棕榈蜡和蜂蜡已被用于各种食用涂膜，形成的可食性膜对水蒸气具有很强的阻滞作用，可以避免水果等食物在贮藏过程中脱水，还能使水果表面有光泽[25]。研究表明，食用多糖和蛋白质中的聚合物大多具有较差的水汽阻隔性能，将食用多糖和蛋白质与脂质混合可以弥补其不足[26]。

漆蜡的主要成分为1%～2%游离脂肪醇、3%～5%游离脂肪酸和90%～95%三甘油酯，辅之以乳化剂能形成良好的果实涂膜保鲜剂，可以减少果实的水分流失，降低其新陈代谢和呼吸作用，并抑制果实表面微生物的生长[27]。但此类保鲜剂在制备过程中不易用有机溶剂溶解，否则会影响果蔬的品质。

2 生物保鲜剂的种类

生物保鲜剂是指从动物、植物和微生物生命体获得的对人体无害且具有保鲜作用的保鲜剂，具有高效、无毒、天然等特点。主要分为动物源保鲜剂、植物源保鲜剂和微生物源保鲜剂[28-29]，见表1。

表1 常用的生物保鲜剂Table 1 Commonly used bio-preservatives

3 果蔬复合涂膜保鲜的研究现状

果蔬腐烂变质的主要原因有微生物污染及自身生理生化变化，单一的果蔬保鲜技术达不到良好的防腐保鲜效果。可食性膜复合生物保鲜剂保鲜技术作为一种新型防腐保鲜方法，在果蔬保鲜等食品工业领域应用越来越广泛。

表2为可食性膜复合生物保鲜涂膜保鲜果蔬的研究现状。

表2 可食性膜复合生物保鲜剂在果蔬保鲜中的应用Table 2 Application of edible film composite biological preservative in the preservation of fruits and vegetables

续表2 可食性膜复合生物保鲜剂在果蔬保鲜中的应用Continue table 2 Application of edible film composite biological preservative in the preservation of fruits and vegetables

4 展望

国内外研究结果表明，可食性膜复合生物保鲜剂复合保鲜技术对果蔬具有显著的保鲜效果，与单一可食性膜相比，在可食性膜中添加生物保鲜剂可以起到协同增效的作用，能有效增强其抑菌性和抗氧化能力，提高膜的抗拉伸强度等物理力学性能；更能有效地降低果蔬失重率、腐烂率、硬度等感官品质，延缓果蔬中可溶性固形物、可滴定酸、VC等营养品质的降低，抑制果蔬中腐败微生物的生长，维持果蔬较高的营养品质和延长其货架期。

可食性膜复合生物保鲜剂作为一种安全、天然、高效的食品保鲜方法，已在果蔬保鲜中取得了一定的研究成果，但仍存在一些问题：在进行鲜切果蔬保鲜的研究中，应考虑可食性膜中的成分是否会和果蔬中的酚类等物质发生反应，影响保鲜效果。例如乳清蛋白、大豆分离蛋白能够发生美拉德反应而降低水果的感官品质和营养成分；玉米醇蛋白含有挥发性有机物，会影响空气和水的质量；且有些食用涂料具有吸湿性，有助于微生物的生长。因此，应注意蛋白质类成膜材料的选择。

未来研究方向：

1）近年来，植物精油因其天然无毒，来源广泛，提取工艺简单，具有广谱抑菌性和强抗氧化活性等多重功效，被认为是果蔬保鲜领域最有前景的研究和发展方向之一。但植物精油易挥发，低水溶性，易发生氧化变质，稳定性差等缺点限制了其应用，因此，研究将可食性膜的成膜基材与植物精油复合使用、精油微胶囊化，以提高植物精油的稳定性和利用率。

2）微生物源保鲜剂作为天然的食品防腐保鲜材料，应用越来越广泛，但有的保鲜剂抑菌谱窄（如nisin、溶菌酶能有效抑制G+的生长，但对G-几乎没有抑菌作用），且作用靶向性较单一（如极少数细菌素，在细胞膜外膜层上无特定的受体，因此很难起到杀菌作用）。采用纳米技术[63]、物理、化学和生物等[64]方法对保鲜剂的分子结构进行修饰，以改变其功能特性，或是结合修饰物本身的抗菌效果协同增效，扩大抑菌谱，对于保鲜剂的进一步研究开发和综合利用具有重要意义。